JPS62297744A - 耐候性試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （イ）産業上の利用分野 この発明は、耐候性試験機に関し、特にプラスチックス
、塗料、インキ、顔料、繊維などの耐候性試験に結露条
件を付与しえる耐候性試験機に関する。

（ロ）従来の技術 従来、プラスチック材料、塗料等の耐候（光）性を測定
する場合は、一般に、ＪＩＳ　　Ｂ７７５１〜７７５４
による耐候（光）性試験機が使用されている。

これらの試験機は、通常、カーボンアークランプやキセ
ノンアークランプ等の光源を使用し、その光源の光を試
料に照射して耐候（光）性の促進試験を行っている。

ところが、これらの試験機における試料に対する紫外線
照射強度は、一般に、被照射面１ｄあたり約６　ｍＷ程
度であり、太陽光１年に相当する紫外線劣化特性を測定
および判別するのに約数百時間以上を要していた。

しかも、従来は、各ロット別の試料を全数試験にかける
方法が一般的に行なわれているため、測定およびその結
果を判断するのに長時間を要し極めて非能宰的であると
いう問題があった。

このような問題を解決する一手段として試料を耐候（光
）性試験機にかける前に、各ロット別の試料に極めて強
い紫外線を照射して紫外線劣化を促進させ、その劣化の
程度に応じて試料を選定し必要な試料だけを耐候（光）
性試験機にかけることが考えられる。このようにすれば
、各ロット別の試料を全数耐候（光）性試験機にかける
必要がなくなるので試験は極めて能率的になるわけであ
る。

この発明の発明者らは、すでに、このように、試料を耐
候（光）性試験機にかける前に、各ロフト別の試料にメ
タルハライドランプによる強い紫外線、例えば被照射面
１ｄあたり約５０　ｍＷ以上の強度の紫外線を照射して
、極めて短時間、例えば従来の１／　１０１．（下の時
間で紫外線劣化の判別を行いえる、いわば耐候（光）性
試験のプレ試験を行なうためのプレ試験機を１２案して
いる〈特開昭６０−１１７１２８号公報、及び特開昭６
０−１１７１２９号公報参照）。なお、このプレ試験機
が耐候性試験機としても使用できることは言うまでもな
い。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 耐候性試験は、プラスチックス、塗料などの試料が実際
の使用状態においてさらされることになる物理的条件下
でできるだけ行なわれることが望まれる。特に夜間にお
ける試料は、単に太陽光の照射がなく、低温にさらされ
るだけではなく、その低温によって結露状態になりやす
い。

かくして先般より、耐候性試験又はそのプレ試験にその
ような結露条件を付すことが商品の品質向上につながる
ということで社会的要請にもなっている。

ところで試料にこのような結露条件を付与する方法とし
ては、例えば、特公昭５５−１３５４１号公報に、試料
を水に浸水させる方法が提案されている。しかしながら
、このような浸水方法は決して実際の結露状態を現出で
きず、それに代えうるものではない。

これに対してこの発明の発明者らは、実際の結露条件を
試料に付与する方法として、試料の温度とその試料の周
囲空気の温度と湿度とを調整することを考え、先に提案
した耐候性試験機又はそのプレ試験機にその耐候性試験
の促進性を損わないで適用できないか検討してきた。

しかしながら、一般に結露は、上述のごとく温度と湿度
との問題であって、試料に結露を生じさせることができ
ても、それに伴って試料以外の他の構成部分が同様の温
度・湿度条件になることがあり、従ってそれらの構成部
分にも結露を発生させるに至り、曇りが発生したり、結
露による水滴によって塵埃等が各所に付着したりするな
ど不都合な点が多々生じるおそれのあることがわがった
。

特にメタルハライドランプの水冷ジャケットや反射板（
＃Ｉｌ）などが結露すると、耐候性試験の促進に基本的
に必要な、肝腎のメタルハライドランプによる強力な紫
外線（紫外線（＜４００ｎｍ　）　：全光量の１０〜３
０％〕が十分に試料に供給できないという問題があった
。更に前記特公昭５５−１３５４１号公報に開示された
耐候性試験機ではキセノンランプを採用しているので、
そのような各部への結露が生じた場合は、もともと紫外
線照射強度が弱いので（紫外線（＜４００ｎｍ　）　：
全光量の３．２５％〕、耐候性試験の促進性を到底保障
することができない。

（ニ）問題点を解決するための手段及びその作用この発
明は ａ）水冷式のメタルハライドランプからなり実質的に３
００〜４００ｎｗ＋の紫外線を照射する紫外線発生源、 ｂ）そのメタルハライドランプを収納し、且つ下部に開
口を有し、この開口を通 じて下方へ紫外線を照射しうる略ドー ム状の反射板、 Ｃ）この反射板の開口にその開口を遮閉するよう設けら
れ、紫外線を透過し水蒸 気を実質的に遮断しうるシールド板、 ｄ）前記開口の下方に設けられた試料載置台、 ｅ）この試料載置台に付設された温度調節手段、 ｆ）これらの紫外線発生源、反射板、シールド板、試料
載置台及び温度調節手段 を収納する区画室、 Ω）この区画室にダクトの吸込部及び吹出部が連結され
、熱交換器及び送風手段 を介設したダクト、 ｉ）このダクト又は区画室に内設された加湿器、 １）前記メタルハライドランプのオン作動中は前記試料
載置台上に載置される試 料を予め設定された温度にし、一方オ フ作動中は前記試料を結露させるべく、前記紫外線発生
源、温度調節手段、循 環ダクトの熱交換器、同じく送風手段 及び加湿器に作動を指令しうる制御手 段からなる耐候性試験機である。

すなわち、この発明は、試料載置台に温度調節手段を、
循環ダクト又は区画室内に加湿器をそれぞれ配設し、そ
れらに制御手段を通じて特定の作動条件を付与すること
によって、メタルハライドランプのオフ作動中に試料の
温度を露点以下に低下させ、それによって自然に近い結
露条件を試料に付与することができるようにしている。

またこの発明は、更に重要な点であるが、反射板下部の
開口を紫外線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシー
ルド板によって閉じることによって、反射板内部と、試
料が位置する、区画室の他部分とを区別し、それによっ
て紫外線照射に支障となる部分への結露を防止し、しか
も温度と湿度の制御対象空間を小さくし、制御の容易性
と確度を上げようとするものである。

この発明において紫外線を透過し水蒸気を実質的に遮断
しうるシールド板とは、耐候（光）性試験に必要な紫外
線を効率よく透過でき、しかも水蒸気（湿気）を遮断し
うる板状体を意味する。

更にこのフィルタは、主に３００〜４００ｎｍ波長域の
紫外線を効率よく透過でき、３００ｎｍ未満及び４００
ｒｖを越える波長域の光線を効率よく遮断できるもの、
例えば石英ガラス製の薄板等が好ましい。

更にこの発明のシールド板としては、必要によって複数
枚の板状体を重ねて所望の透過特性を得るようにしても
よく、例えば上記石英ガラス製の薄板とこの薄板に重ね
られた赤外線吸収ガラス製の薄板とを用い、ランプから
の赤外線を吸収し熱に変換してシールド板自体の結露を
確実に防止するようにしてもよい。

この発明においてメタルハライドランプとは、少なくと
も一対の電極を有する石英ガラス製発光管の内部に適量
の水銀及び希ガスと共に鉄及び錫のハロゲン化物又は鉄
のハロゲン化物を主体とした金属ハロゲン化物を封入し
たランプを意味し、その具体例は、特公昭５８−１８７
４３号公報に挙げられている。

このメタルハライドランプは、点灯時の発光スペクトル
が第８図に水銀ランプとの比較で示すように３００〜４
００ｎＩｌｌの波長域に連続スペクトルに近いかなり大
きなエネルギーを有する。つまり、そのメタルハライド
ランプの光エネルギーは大部分が３００〜４００ｎｍの
波長域に集中し、従って短時間に大量の耐候劣化を促す
光エネルギーを試料に与えることができる。すなわち、
先にも述べたように、試料に対して被照射面１ｄあた。

り約５０　ｍＷ以上の強い紫外線を照射することができ
、劣化特性の測定及び判定に要する時間を従来の１／１
０以下と大巾に短縮することができる。

なお、このようなメタルハライドランプを用いた場合で
も３００〜４００ｎｍ以外の波長域のエネルギーの放射
は避けられない。しかるに、略３００ｎｉ未渦の紫外線
は実際に地表に到達する太陽光には含まれておらず、反
対に４００ｎｉを超える波長域には可視光と赤外線が多
く含まれるため熱により試料温度が上昇するので好まし
くない。適当なフィルタを組み合せて照射する波長域を
略３００〜４００ｎｍに絞ることが必要である。かがる
フィルタとしては例えば低融点軟質ガラス製の薄板、具
体的には、重囲比で６０〜６５％ＳｉＯ２と、１５〜２
０％のＰｂと、７〜８％のＮａと、７〜８％のＫと、１
％のＣＯと、１％のＮｌとからなるものが好ましいもの
として挙げられる〔例えば三共電気■社製のブルーフィ
ルタ（商品名）〕。かかるフィルタをメタルハライドラ
ンプと組み合せて適宜使用するわけであるが、上記フィ
ルタをメタルハライドランプの周囲に設置しただけでは
ランプからの放射熱によりフィルタは直ちに破損してし
まう。そこで、実際には、発光管を水冷ジャケットの中
心に配置するとともに水冷ジャケットの内部にフィルタ
を配置している。

ここで参考までに各光源装置からの紫外線に与えるフィ
ルタの影響を第１表に例示する。但し各数値は紫外線強
度（Ｗ）、ランプ入力は１００Ｗ１フイルタは上記ブル
ーフィルタである。

第１表 かくしてこの発明の耐候性試験機は、短時間に大量の耐
候劣化を促す光エネルギーを試料に供給でき、しかも結
露条件の付与をその光エネルギーの供給の支障にならな
いように行うことができ、プラスチックス、塗料、イン
キ、顔料、染料、繊維などの耐候（光）性試験又はそれ
らの耐候性試験のプレ試験用として好適に使用できる。

（ホ）実施例 以下図に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。な
お、これによってこの発明が限定されるものではない。

第１〜２図において、耐候性試験１（Ｔ）は、紫外線照
射用区画室（２）を備えた試験機本体（３）と、その区
画室内上部に設置された紫外線発生源としての光源装置
（４）と、この光源装置の下方に設置された試料載置台
（７）と、温度調節用循環ダクト０８１と、加湿器（１
２＋と、制御装置用と、熱交換器（ト）とから主として
なる。

光′ａ装置（４）は、特に第２図において、略ドーム状
平行光用主反射板（ハ）と、平行光用補助反射板（３３
ａ）と、これらの反射板の内部に収納されたメタルハラ
イドランプ（１）及びその水冷ジャケット（イ）と、反
射飯田・（３３ａ）下部の開口を閉じて反射板−（３３
ａ）内部を紫外線照射用区画室の他部分から区別する、
紫外線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシールド板
としての石英ガラス製板状体（至）とからなる。なお、
（ト）はシールド板の固定金具、（１）はシールパツキ
ンである。

試料載置台（７）は温度調節手段（６）を具備し、この
温度調節手段は試料載置台（刀の上部に設置され温度信
号を制御装置（１）に出力する温度センサ［１７゜第１
図（Ｂ）参照］と、試料載置台（力の下部に接設された
冷却用循環水路臼）とからなり、この水路には更に制御
装置田から作動を指令される熱交換器（４２１図示省略
）及び水循環ポンプ（４３１図示省略）が介設される。

なお（４１）は断熱材である。

循環ダクト便は、紫外線照射用区画室（２）内空気の一
部を区画室の吸込口［３５，第１図（８）参照］から導
出し、熱交換器（至）及び加湿器面を介してノズル状吹
出口（ハ）から再び室内の試料載置台（７）上に導入す
る。０は循環ダクト■の送風装置である。

熱交換器（ト）は冷凍サイクルの蒸発器からなる上流側
の冷却器（９）と、と−タからなる下流側の加熱器（８
）とからなる。

加湿ＷＡ［Ｆ］は水１１（１７）と、この水槽に内設さ
れたヒータ（１１）と、水槽内に水を供給し、槽内の水
量を一定に維持する水供給器（図示省略）と湿度センサ
（５）とからなる。なお（至）は発生した水蒸気を試料
載置台（７）上の試料（Ｓ）のまわりに導く、先端がノ
ズル状の加湿用ダクトである。

また第１図において０３はメタルハライドランプ（１）
冷却用クーラー、（１４）は水タンク、０５）はメタル
ハライトランプ（１）用安定器、色は熱交換器（ト）の
冷凍機、（１！３囚は点灯・結露時間設定タイマ、（２
１１（２Ｚは湿度・温度調整器、（ハ）は全試験時間設
定タイマ、に）は紫外線強度計である。

制御装Ｈ（１）は、メタルハライドランプ（１）、送風
装置０、熱交換器（至）、加湿器ａ２１及び熱交換器（
４２９図示省略）の各作動を指令するが、まず、試料載
置台（７）上に載置された試料（Ｓ）は、紫外線発生源
のメタルハライドランプ（１）のオン作動により、紫外
線照射を一定時間（約８時ｒ／！Ｊ）受ける。

この場合温度センサ０７）の信号にもとづく熱交換器（
ト）及び送風装置□□□の作動により、試料（Ｓ）は一
定温度（４０〜ｂ 次いでメタルハライドランプ（１）のオフ作動により紫
外線照射が終了すると、更に温度センサ６７）・湿度セ
ンサ（５）からの信号にもとづいて、温度調節手段（６
）、及び加湿器［Ｆ］のオン・オフ作動が指令され、試
料（Ｓ）が低温（露点以下、通常循環空気はその温度を
試料温度のそれより５℃以上高くなるように設定される
。但し循環空気の湿度は８０％以上とする。）にされる
と共に循環ダクト叱）より＾濃茶湿空気の供給を受け、
結露する。この状態が一定時間（約４１間）続いた後、
試料（Ｓ）は上述のごとく再び紫外線照射を受け、これ
を繰り返す。

かくして試料（Ｓ）には、耐候性試験又はそのプレ試験
をきわめて短時間で行なうことができる。

もちろんその耐候性試験又はそのプレ試験の内容は、夜
間の結露状態にきわめて近似する状態を試料に付与して
いるので、より自然に近い試験であると言える。また光
源装置（４）のシールド板（至）によって反射板ｒＡ（
３３ａ）内を閉じているので、水冷ジャケット位や反射
板＠（３３ａ）の鏡面がくもることなく、試料（Ｓ）に
所定の紫外線が照射され、短時間の耐候性試験又はその
プレ試験が可能となる。

ここで反射板■（３３ａ　）　　（又はランプハウス）
内をシールド板（至）によって閉じない場合の問題につ
いて、より詳しく述べれば、前述のように水冷ジャケッ
ト■や反射板（（ｌ（３３ａ）の鏡面がくもるほか、反
射板（ト）（３３ａ）内が高温多湿になるので（温度３
０〜８０℃、湿度６０〜９０％）、反射飯田〈３３ａ）
内の、ステンレス鋼以外の金属材料の腐食がおこり、半
年程度で使用不能となるおそれがある。

特に反射板■（３３ａ）に使用している陽極酸化処理さ
れたアルミニウム材が腐食され、紫外線強度の低下及び
変動の原因となるおそれがある。更に反射板（ト）（３
３ａ）内には、ランプ点灯のため、高電圧１０００Ｖ及
びパルス電圧８０００　Ｖ程度が印加されており、高温
多湿条件下では絶縁性の低下のおそれもある。

第１〜２図に示す実施例とは異なり、加湿器を循環ダク
ト内に設置することもできる。この場合は、加湿器は熱
交換器（加熱及び冷却用）の下流側に設けられる。

そこで、以下の試験例に示すように、数種の試料をこの
発明の耐候性試験機と市販の耐候性試験機とにかけて、
結露条件を付した場合の紫外線劣化を調べてみた。

験機器　び試験条件 １）発明機 第１〜２図のもの 使用ランプ：メタルハライドランプ４ＫＷシールド板：
石英ガラス（紫外線３００〜４００ｎｍを９０％以上透
過） 照射波長、　　３００〜４００ｎｌｌｌ（正確には第８
図参照）試料面最高温度二６５℃以下 ブラックパネル温度＝６３±３℃ 試料面での紫外線強度：１００±５ｉ＋Ｗ、Ｊ結露サイ
クル：紫外線熱ｇＦ１８時間、結露４時間を１サイクル
として繰返す。な お結露は試料温度３０℃、循環室 気温度３５℃以上、湿度８０％以上 で生じさせる。

２）市販機（従来機） 岩崎電気株式会社製耐候性試験機 （商品名“°アイ　スーパーＵ■テスタ″）使用ランプ
：メタルハライドランプ４ＫＷ照射波長：３００〜４０
０ｎＩｌｌ（正確には第８図参照）試料面最高温度二６
５℃以下 ブラックパネル温度＝６３±３℃ 試料面での紫外線強度＝１００±５ｍＷ／４３）屋外Ｉ
露 千葉県松戸市での屋外暴露 昭和６０年　１〜１２月 項　　　び　　　　　゛ １）色差変化：照射時間ごとにミノルタカメラ株式会社
製ＣＲ−１００を用いて色差 （ΔＥ）を測定する。但し色差 （ΔＥ）は１９７６年国際照明学会の 表色系であるＣＩＥＬ’ａ糸ｂ” から求める。

２）光沢変化：村上色彩技術研究所株式会社製光沢計Ｑ
　Ｍ　−２４型を用いて測定角度６０°での鏡面光沢を
測定する。

ｕ１ １　）ＡＢＳシートの色差変化 試料：ＡＢＳシート、ナチュラル、 厚味０．８画 （基、単色： Ｙ＝６９．０７　、　Ｘ＝　０．３３４３　、　Ｖ　−
０，３４７７）結果：第３図及び第２表のとおり 第３図から明らかなように、従来機ではΔＦがほぼ直線
的に変化するのに対して、この発明機では結露の作用に
より照射時間に対する色差変化が減少しているが、この
傾向は屋外暴露の傾向と良く一致している。

倍率は上表右欄に示したが平均倍率は２８．７倍の促進
性が認められた。但し ２）ＡＢＳシートの光沢変化 試料＝１）に同じ 結束：第４図及び第３表のとおり 第４図から明らかなように、従来機では光沢の低下は認
められないが、この発明機では結露条件の付加により４
〜６時間で低下が認められた。

第３表 倍率は上表の通りで平均倍率は１１６．７倍であった。

３）ＰＰ黄色シートの色差変化 試料：ＰＰ黄色シート、厚味０　、８　ｍｍ（基準色： Ｙ−７１，０３、Ｘ＝　０．４４１３　、　Ｖ　＝　０
．４６７３　）結果：第５図及び第４表のとおり 第５図から明らかなように、従来機に比べこの発明機の
方が色差変化が大きく表われ屋外暴露と良く似た傾向を
示している。

倍率は上表の通りで平均倍率は１３．９倍であった。

４）ＰＰ青色シートの色差変化 試料：ＰＰ青色シート、厚味０．８ｍｍ（基準色： Ｙ＝１４．８１　、　Ｘ＝　０．１８８０　、　Ｖ　＝
　０．１７５５　）結果：第６図及び第５表のとおり 第６図から明らかなように、従来機よりもこの発明機は
促進性は大きく出ているが屋外暴露とはやや違う傾向を
示している。これは光と結露の割合を変化させることに
より、変えることができると予想される。

第５表 倍率は上表の通りで平均倍率は６１倍であった。

５）ＰＰ赤色シートの色差変化 試料：ＰＰ赤色シート、厚味０４ｍｍ （基準色： Ｙ＝１３．９４　、　Ｘ＝　０．４９８９　、Ｖ　＝　
０．３１７３　）結果：第７図及び第６表のとおり 第７図から明らかなように、従来機に比べ促進性は劣っ
ているが屋外暴露と良く似た傾向を示している。

（以下余白、次頁に続く。） 第６表 倍率は上表に示したが平均倍率は４０．３倍であった。

（へ）発明の効果 この発明によれば、結露を試料に生じさせることができ
、より自然に近い状態で耐候（光）性の試験ができ、更
にその結露を生じさせるために多湿空気を紫外線照射室
内に供給しているにもかかわらず、水冷ジャケットや反
射板の鏡面のくもりを防止でき、きわめて短時間に耐候
性試験又はそのプレ試験が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
はその要部拡大説明図、第３〜７図は試料の各条件下に
おける角逐変化又は光沢変化を示すグラフ、第８図はラ
ンプのエネルギー分布及びフィルタの透過率特性を示す
グラフである。 （Ｔ）・・・・・・耐候性試験機、 １１）・・・・・・メタルハライドランプ、（２）・・
・・・・区画量、 （４）・・・・・・光源装置、 （７）・・・・・・試料載置台、 の・・・・・−送風装置、 ［Ｆ］・・・・・・加湿器、 ■・・・・・・循環ダクト、 （１）・・・・・・制御装置、 ■（３３ａ）・・・・・・反射板、 （至）・・・・・・シールド板。 第３図 渥外幕霧（月） 我１機・及び゛発明機！！射Ｍｆｌｔ（ｈｒ）第４図 渥外軍露（月） 技剰焼及び発明機・照射時間（ｈｒ） 第５図 攻廉機反〆禿朗機・照射時間（ｈｒ　）第６図 尾片１ｌＩ（わ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）水冷式のメタルハライドランプからなり実質的
   に３００〜４００ｎｍの紫外線を照射する紫外線発生源
   、 ｂ）そのメタルハライドランプを収納し、且つ下部に開
   口を有し、この開口を通じて下方へ紫外線を照射しうる
   略ドーム状の反射板、 ｃ）この反射板の開口にその開口を遮閉するよう設けら
   れ、紫外線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシール
   ド板、 ｄ）前記開口の下方に設けられた試料載置台、 ｅ）この試料載置台に付設された温度調節手段、 ｆ）これらの紫外線発生源、反射板、シールド板、試料
   載置台及び温度調節手段を収納する区画室、 ｇ）この区画室にダクトの吸込部及び吹出部が連結され
   、熱交換器及び送風手段を介設した循環ダクト、 ｈ）このダクト又は区画室に内設された加湿器、 ｉ）前記メタルハライドランプのオン作動中は前記試料
   載置台上に載置される試料を予め設定された温度にし、
   一方オフ作動中は前記試料を結露させるべく、 前記紫外線発生源、温度調節手段、循環ダクトの熱交換
   器、同じく送風手段及び加湿器に作動を指令しうる制御
   手段からなる耐候性試験機。 ２、紫外線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシール
   ド板が、石英ガラス製の薄板である特許請求の範囲第１
   項に記載の試験機。 ３、紫外線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシール
   ド板が、石英ガラス製の薄板と、この薄板に重ねられた
   赤外線吸収ガラス製の薄板である特許請求の範囲第１項
   に記載の試験機。 ４、加湿器が、水槽と、この水槽内に設置され制御手段
   から作動を指令されるヒータと、水槽内に水を供給し、
   槽内水量を一定に維持しうる水供給手段とからなる特許
   請求の範囲第１項に記載の試験機。 ５、加湿器が、区画室に内設され、且つ水槽と、この水
   槽内に設置され制御手段から作動を指令されるヒータと
   、水槽内に水を供給し、槽内水量を一定に維持しうる水
   供給手段と、水槽から試料載置台へ延び、水槽にて発生
   する水蒸気を、試料載置台上に載置される試料のまわり
   に導く先端がノズル状である加湿用ダクトとからなる特
   許請求の範囲第１項に記載の試験機。 ６、循環ダクトの吹出部が、区画室壁から試料載置台へ
   延び、循環空気を試料載置台上に載置される試料のまわ
   りに導く循環空気用ノズルからなる特許請求の範囲第１
   項に記載の試験機。 ７、温度調節手段が、試料載置台の上部に設置され、温
   度信号を制御手段に出力しうる温度センサと、試料載置
   台の下部に接設された冷却用水路とからなる特許請求の
   範囲第１項に記載の試験機。 ８、循環ダクトの熱交換器が、ヒータと、冷凍サイクル
   の蒸発器とからなる特許請求の範囲第１項に記載の試験
   機。